WO2006040297A1 - Optischer strahlteiler - Google Patents

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WO2006040297A1
WO2006040297A1 PCT/EP2005/055070 EP2005055070W WO2006040297A1 WO 2006040297 A1 WO2006040297 A1 WO 2006040297A1 EP 2005055070 W EP2005055070 W EP 2005055070W WO 2006040297 A1 WO2006040297 A1 WO 2006040297A1
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WO
WIPO (PCT)
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sub
reflected
optical
splitter
beam splitter
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/055070
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Udo Tempelmann
Original Assignee
Leica Geosystems Geospatial Imaging Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Geosystems Geospatial Imaging Gmbh filed Critical Leica Geosystems Geospatial Imaging Gmbh
Publication of WO2006040297A1 publication Critical patent/WO2006040297A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • G01C11/025—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures by scanning the object

Definitions

  • the invention relates to an optical beam splitter for imaging systems for imaging at least two sub-beams of different wavelengths of a beam according to the preamble of claim 1, as well as an imaging system with such an optical beam splitter and its use in aircraft-based photogrammetric images.
  • images of the earth's surface or of a celestial body are recorded at least at two different angles during a camera flight or a recording movement, from which an altitude information, for example for the production of map material, can be calculated on the basis of the collinearity relationship .
  • photographic images are digitized by scanning for electronic further processing or are already recorded digitally during the flight.
  • Digital aerial images are read during a camera flight or a recording movement by imaging a surface onto a suitable recording device, usually a CCD or video camera, in the form of individual pixels in a memory. These pixels can be recorded either only in binary or multicolored or in gray scale, or in the non-visible spectral range.
  • a suitable recording device usually a CCD or video camera
  • One known airborne digital sensor is, for example, the Leica Geosystems ADS40, which can deliver data both panchromatically and in three visual color bands and in a near-infrared band.
  • the optical beam splitters used in the known systems such as also in the ADS40, as shown purely by way of example in FIG.
  • Partial bundles which generally become one at Passing the beam splitter not deflected sub-beams are directed parallel.
  • the individual sub-beams each comprise different wavelength ranges due to dichroic beam splitters or color filters with suitably selected selective transmission properties.
  • the individual spectral channels are spatially separated from each other-in each case for sub-beams of different wavelengths. Compensating elements, as shown by way of example in FIG. 1 b, compensate for the differences in the image due to the different wavelengths.
  • the object of the invention is to provide an optical beam splitter by means of which the separation of the spectral channels of an imaging system and their combination is made possible, so that images lying close to each other are produced as closely as possible. This object is achieved by the realization of the characterizing features of claim 1. Alternative or advantageous developments are described by the characteristics of the dependent claims. If the optical beam splitter according to the invention is part of an imaging system, quasi-congruent mappings become possible, whereby the different focal position for the individual spectral channels is compensated.
  • the field of application of the optical beam splitter according to the invention relates in particular - such as i.a. for flight-assisted photogrammetric images in use - imaging systems with digital Schmage ⁇ sensors, which are equipped next to the beam splitter with strip or pixelweise Filter ⁇ arrangements near the sensor surface.
  • These can be multi-line sensors with filter strips on the individual lines, as well as any line or area sensors with pixel-wise color filtering.
  • the optimum focal position and thus image quality can be achieved in different color channels, even if the lens used exhibits chromatic aberration which can hardly be avoided for applications in extended spectral ranges (especially visible, near-infrared).
  • FIG. 1 a and 1 b show developments according to the prior art, FIG. 1 a showing a two-channel beam splitter with compensation block and FIG. 1 b an arrangement of compensation blocks for a four-channel beam splitter; 2 shows an inventive, two-channel beam splitter with a
  • 3 shows a representation of the beam paths in an optical beam splitter with two cascaded dichroic beam splitters; 4a and 4b possible embodiments of an inventive opti- see beam splitter; 5 shows an inventive optical beam splitter with four Spekt ⁇ ralkanälen;
  • FIG. 6 shows an inventive optical beam splitter with Ausretes ⁇ block and Figure 7 an inventive optical beam splitter according to Figure 6, in addition with a panchromatic channel.
  • FIG. 1 a shows an optical beam splitter according to the state of the art, as frequently used.
  • the embodiment shown has a wavelength-selective splitter layer 5 ', at which the beam SB' entering the beam splitter 1 'into a transmitted sub-beam 2' and a reflected sub-beam 3 'with the reflection and transmission characteristics tik the splitter layer of certain wavelength ranges is shared.
  • the reflected sub-beam becomes 3 'is reflected on a reflective surface 7', in a direction which is substantially parallel to the direction of the transmitted sub-beam 2 '.
  • a compensation block 8 ' is provided for producing a focal position common to the two sub-beams.
  • the compensation block 8 ' By adjusting the compensation block 8 'with respect to its extension h' and / or its refractive power n ', focus differences of the two spectral channels can be compensated.
  • the position of the sensors then does not have to be adjusted; a common sensor surface S can be provided.
  • Filter layers 1 1 'at the entry and / or exit surfaces of the compensation blocks 8' for the transmitted and / or the reflected partial bundle are provided in order to filter out unwanted spectral components in the individual sub-bundles.
  • the two sub-beams 2 'and 3' have a given by the dimensions of the individual components lateral offset V of their focal positions.
  • This arrangement can also be cascaded to separate multiple channels or run for three channels with a beam splitter cube.
  • Such an arrangement is used, for example, with a simple right-angled bend in the design of a beam splitter cube with two intersecting splitter surfaces in 3-chip color cameras, in which an image in straight passage and two perpendicular to the sides of the splitter cube are generated. The compensation of possible focus differences can then be achieved by adjusting the sensors.
  • Parallel sensors require double beam deflection. If the sensors can not be adjusted independently, for example if they are located on a common chip, a focus compensation must be performed, as shown by way of example in FIG. 1b for a four-channel system.
  • the exit surfaces of the individual spectral channels from the beam splitter system (not shown in FIG. 1 b) are assigned equalization blocks 8 'of different extent h' and / or different refractive power n '.
  • the compensation blocks can in turn be provided with suitable filter layers F 'at their beam entry or exit surfaces.
  • FIG. 2 shows a basic form of an optical beam splitter 1 according to the invention.
  • a beam SB passes through an entrance surface E of the beam splitter 1, strikes a wavelength-selective splitter layer 5, which is provided on a beam splitting element 4, here a prism.
  • the beam is thus divided into two sub-beams 2 and 3, their wavelength ranges being determined by the transmission and reflection characteristics of the splitter layer 5.
  • the partial beam 3 reflected at the divider layer 5 is non-rectangularly reflected at the divider layer 5, since its position in relation to the position of the entrance surface E and the propagation direction of the radiation beam SB at an angle ⁇ 45 ° ".
  • the reflected sub-beam 3 is then reflected on a reflective surface 7 again at a non-rectangular angle
  • This surface 7 is arranged on an optical component 6.
  • the orientation of the surface 7 is such that the direction of the reflected sub-beam 3 is substantially parallel to the direction of the splitter layer 5 passing, transmitted sub-beam 2 is located.
  • This arrangement is particularly useful for parallel sensors that can not be adjusted independently, so for example, if they are on a common chip, a common sensor surface S.
  • the focus in the reflected branch can be lengthened, so that-compared to a known arrangement according to FIG. 1a-a less high compensation block 8 is required.
  • the height of the entire arrangement is lower than that according to Figure 1 a and therefore allows the use of a wider beam, so a brighter optics.
  • the figure shows the two-channel basic form, but it is also possible, as further shown below, the cascading or the use of a skewed beam splitter "cube" to separate several spectral channels.
  • FIG. 3 shows by way of a schematic illustration-shown here in simplified form with rectangular reflections, ie without showing the offset achieved by the non-rectangular reflections-the relative intensities for the sub-beams of the respective spectral channels at different points of the beam paths between the starting point A (Beam SB), the reflection points B and D on the two divider layers 5a and 5b and the reflection points C and E on the two reflective surfaces 7a and 7b and the end points F and G.
  • the arrangement of the optical beam splitter consists of two cascaded dichroic beam splitter systems according to Fig. 2, each causing a parallel offset of the image for a given spectral range.
  • the reflective surface 7b acts transmissively for the first reflected sub-beam 3a that is reflected at the first splitter layer 5a, whereas the second reflected sub-beam 3b mirrored at the second splitter layer 5b is reflective.
  • the basic training is shown in Fig.3. Easily achievable values (10% and 90%) for reflection "R” and transmission "T” of the splitter layers 5a and 5b as well as the reflective surfaces 7a and 7b are assumed for three spectral channels K1 to K3.
  • the divider layers and the reflective surfaces are assumed to be loss-free and all other interfaces are assumed to be free of reflection.
  • the following table shows the relative intensities of the spectral channels at different points of the beam paths.
  • the image of the spectral pineapple K2 thus appears in F, but still contains residual parts of the channels K1 and K3.
  • G appear congruent images of the spectral channels K1 and K3, which have taken different paths through the beam splitter. They are already significantly poorer in light components from the other spectral channels. If, in addition, single or multiple locally narrower narrowband filters for subregions of the three basic channels are installed, the channel separation can be substantially improved.
  • F ' filter in front of F
  • G' or G two locally closely adjacent filters
  • the already very good channel separation with the properties assumed here can be further improved by increasing the spectral quality of the splitter layers, the reflective surfaces and the filter layers.
  • the arrangement for further channels can be cascaded. This is illustrated here for three focus-compensated and slightly offset channels Ka, Kb and Kc. For clarity, only the main beam is shown in each case.
  • the compensation of the focus position for the three channels Ka, Kb and Kc is done here on the choice of their path length. This is possible over the size of the reflection angle, and thus the size of the path length within the optical component 6a, 6b and 6c, and optionally additionally via one between the first and the second and / or the second and the third optical component arranged compensation element 8a with a correspondingly selected refractive power.
  • a compensation block 8 as shown in FIG. 2, can provide a remedy.
  • Filter layers 1 1 can be arranged in the beam paths, in particular on the exit surfaces of the individual spectral channels, as shown above.
  • the device illustrated in FIG. 7 can generally be used for systems in which two pairs of respectively adjacent spectral channels are required.
  • a general focus offset between the pairs is compensated by an adapted compensation block and a focus offset within one of the pairs by oblique reflection.
  • Zu ⁇ addition, another path without channel separation, but also aus ⁇ equal focal position is provided.
  • system can be expanded by adding further paths with and without reflection to further channels, also with compensation of the focus positions.

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Abstract

Ein optischer Strahlteiler (1) für abbildende Systeme zur Abbildung wenigstens zweier Teilbündel (2,3) unterschiedlicher Wellenlänge eines Strahlenbündels (SB) weist wenigstens ein strahlteilendes Element (4) mit einer wellenlängen-selektiven ersten Teilerschicht (5) zur Teilung des Strahlenbündels in ein erstes transmittiertes Teilbündel (2) und wenigstens ein erstes reflektiertes Teilbündel (3) auf. Wenigstens ein optischer Bauteil (6) ist vorgesehen, mit einer reflektiven Fläche (7) zur Reflexion des reflektierten Teilbündels (3) in die gleiche, im wesentlichen parallele, Richtung wie die des transmittierten Teilbündels (2). Weiters sind Mittel zum Ausgleichen (8) wellenlängenabhängiger, unterschiedlicher Fokuslagen vorgesehen. Die Teilerschicht (5) und die reflektive Fläche (7) sind so angeordnet, dass die Reflexionen des reflektierten Teilbündels (3, 3a) an der Teilerschicht (5) und an der reflektiven Fläche (7) des optischen Bauteils (6) nicht-rechtwinklig erfolgen.

Description

OPTISCHER STRAHLTEILER
Die Erfindung betrifft einen optischen Strahlteiler für abbildende Systeme zur Abbildung wenigstens zweier Teilbündel unterschiedlicher Wellenlänge eines Strahlenbündels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie ein abbildendes System mit einem solchen optischen Strahlteiler und dessen Verwendung bei flugzeuggestützten photogrammetrischen Aufnahmen.
Bei Verfahren der Luftbildphotogrammetrie werden während eines Kamera- fluges bzw. einer Aufnahmebewegung Bilder von der Erdoberfläche bzw. einem Himmelskörper unter mindestens zwei verschiedenen Winkeln aufge¬ nommen, aus denen aufgrund der Kollinearitätsbeziehung ein Höheninfor¬ mation, beispielsweise zu Erstellung von Kartenmaterial, errechnet werden kann. In modernen Umsetzungen dieser Methode werden photographische Aufnahmen durch Einscannen zur elektronischen Weiterverarbeitung digita¬ lisiert oder aber bereits während des Fluges digital aufgenommen.
Digitale Luftbilder werden während eines Kamerafluges bzw. einer Aufnah¬ mebewegung durch Abbildung einer Oberfläche auf eine geeignete Auf- nahmevorrichtung, üblicherweise eine CCD- oder Video-Kamera, in Form einzelner Bildpunkte in einen Speicher eingelesen. Diese Bildpunkte können entweder nur binär oder mehrfarbig bzw. in Graustufen, oder im nichtsicht¬ baren Spektralbereich aufgenommen werden. Ein bekannter luftgestützter Digital-Sensor ist beispielsweise der ADS40 der Firma Leica Geosystems, der Daten sowohl panchromatisch als auch in drei visuellen Farbbändern undin einem nah-infraroten Band liefern kann. Die in den bekannten Sys¬ temen, so auch in dem ADS40, verwendeten optischen Strahlteiler, wie rein beispielhaft in Fig.1 a dargestellt, erzeugen durch Teilung und recht¬ winklige Ablenkung an der Strahlteilerfläche bzw. an mehreren Strahlteiler- flächen einen bzw. mehrere Teilbündel, die im allgemeinen zu einem bei Passieren des Strahlteilers nicht abgelenkten Teilbündel parallel gerichtet sind. Die einzelnen Teilbündel umfassen jeweils unterschiedliche Wellenlän¬ genbereiche, aufgrund von dichroitischen Strahlteilern oder Farbfiltern mit geeignet gewählten selektiven Transmissionseigenschaften. Bei den be- kannten Strahlteilersystemen liegen die einzelnen Spektralkanäle - jeweils für Teilbündel unterschiedlicher Wellenlängen - räumlich voneinander ge¬ trennt. Ausgleichselemente, wie beispielhaft in Fig.1 b gezeigt, kompensie¬ ren die sich aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen ergebenden Fo¬ kusunterschiede. Diese Ausgleichselemente, die unterschiedliche Durch- trittslängen für die einzelnen Spektralkanäle haben und/oder aus Materialien unterschiedlicher Brechkraft bestehen können, sind dann vonnöten, wenn die Fokusabweichungen der einzelnen Spektralkanäle nicht durch verschie¬ dene Lageanordnungen der zugeordneten Bildaufnehmer ausgeglichen wer¬ den können. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn mehrere Sensoren auf einem gemeinsamen Chip vereinigt sind, wie bei mehrzeiligen Zeilen¬ sensoren. In Fig.1 b ist ein vierkanaliges Beispiel gezeigt, wie es für die Kombination Blau, Grün und nahes Infrarot sinnvoll wäre. In der WO 00/47949 sind Ausbildungen für optische Strahlteiler mit jeweils drei Spektralkanälen gezeigt. Diese Anordnung bewirkt einen relativ grossen seitlichen Bildversatz. Die spektrale Trennung ist nur für relativ weit sepa¬ rierte Sensoren möglich.
Die Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, einen optischen Strahlteiler zur Verfügung zu stellen, durch den die Auftrennung der Spekt- ralkanäle eines abbildenden Systems und deren Zusammenführung ermög¬ licht wird, so dass beliebig nah beieinander liegende Bilder erzeugt werden. Diese Aufgabe wird durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merk¬ male des Anspruchs 1 gelöst. Alternative bzw. vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die Kennzeichen der abhängigen Ansprüche beschrieben. Ist der erfindungsgemässe optische Strahlteiler Teil eines abbildenden Sys¬ tems, so werden quasi-kongruente Abbildungen möglich, wobei die unter¬ schiedliche Fokuslage für die einzelnen Spektralkanäle ausgeglichen wird.
Der Anwendungsbereich des erfindungsgemässen optischen Strahlteilers betrifft insbesondere - wie u.a. für flugunterstützte photogrammetrische Aufnahmen im Einsatz - abbildende Systeme mit digitalen Bildaufnahme¬ sensoren, die neben dem Strahlteiler mit streifen- oder pixelweisen Filter¬ anordnungen nahe der Sensorfläche ausgestattet sind. Dabei kann es sich sowohl um mehrzeilige Sensoren mit Filterstreifen auf den einzelnen Zeilen, als auch um beliebige Zeilen- oder Flächen-Sensoren mit pixelweiser Farbfil¬ terung handeln. Damit kann in verschiedenen Farbkanälen jeweils die opti¬ male Fokuslage und damit Bildqualität erzielt werden, auch wenn das ver¬ wendete Objektiv chromatische Aberration zeigt, die sich für Anwendungen in erweiterten Spektralbereichen (insbesondere sichtbar, nah-infrarot) kaum vermeiden lassen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren rein beispielhaft be¬ schrieben. Es zeigen:
Fig.1 a und 1 b Ausbildungen entsprechend dem Stand der Technik, wobei Fig.1 a einen zweikanaligen Strahlteiler mit Ausgleichs¬ block und Fig.1 b eine Anordnung von Ausgleichsblöcken für ei¬ nen vierkanaligen Strahlteiler zeigen; Fig.2 einen erfindungsgemässen, zwei-kanaligen Strahlteiler mit einem
Ausgleichselement;
Fig.3 eine Darstellung der Strahlengänge in einem optischen Strahltei¬ ler mit zwei kaskadierten dichroitischen Strahlteilern; Fig.4a und 4b mögliche Ausbildungen eines erfindungsgemässen opti- sehen Strahlteilers; Fig.5 einen erfindungsgemässen optischen Strahlteiler mit vier Spekt¬ ralkanälen;
Fig.6 einen erfindungsgemässen optischen Strahlteiler mit Ausgleichs¬ block und Fig.7 einen erfindungsgemässen optischen Strahlteiler gemäss Fig.6, zusätzlich mit einem panchromatischen Kanal.
Fig.1 a zeigt einen optischen Strahlteiler entsprechend dem Stand der Tech¬ nik, wie vielfach angewendet. Die gezeigte Ausführung besitzt eine wel- lenlängen-selektive Teilerschicht 5', an der das in den Strahlteiler 1 ' eintre¬ tende Strahlenbündel SB' in ein transmittiertes Teilbündel 2' und ein reflek¬ tiertes Teilbündel 3' mit von der Reflexions- und Transmissionscharakteris¬ tik der Teilerschicht bestimmten Wellenlängenbereichen geteilt wird. Das reflektierte Teilbündel wird 3' wird an einer reflektiven Fläche 7' reflektiert, und zwar in eine Richtung, die im wesentlichen parallel zu der Richtung des transmittierten Teilbündels 2' liegt. Ein Ausgleichsblock 8' wird zur Her¬ stellung einer für die beiden Teilbündel gemeinsamen Fokuslage vorgese¬ hen. Durch Anpassen des Ausgleichsblocks 8' im Hinblick auf dessen Erstreckung h' und/oder dessen Brechkraft n' können Fokusdifferenzen der beiden Spektralkanäle ausgeglichen werden. Die Lage der Sensoren muss dann nicht eingestellt werden, es kann eine gemeinsamen Sensorfläche S vorgesehen sein. Filterschichten 1 1 ' an den Eintritts- und/oder Austrittsflä¬ chen der Ausgleichsblöcke 8' für das transmittierte und/oder das reflek¬ tierte Teilbündel werden vorgesehen, um unerwünschte Spektralanteile in den einzelnen Teilbündeln auszufiltern. Die beiden Teilbündel 2' und 3' haben einen durch die Dimensionen der einzelnen Bauteile bestimmten seitlichen Versatz V ihrer Fokuslagen.
Diese Anordnung lässt sich zur Trennung mehrer Kanäle auch kaskadieren oder für drei Kanäle mit einem Strahlteilerwürfel ausführen. So wird eine solche Anordnung beispielsweise mit einfacher rechtwinkliger Abwinklung in der Bauform eines Strahlteilerwürfels mit zwei sich über¬ kreuzenden Teilerflächen in 3-Chip-Farbkameras eingesetzt, bei denen ein Bild in geradem Durchgang sowie zwei senkrecht dazu an den Seiten des Teilerwürfels erzeugt werden. Die Kompensation eventueller Fokusdifferen¬ zen kann dann durch Justierung der Sensoren erzielt werden.
Bei parallelen Sensoren wird eine doppelte Strahlablenkung erforderlich. Können die Sensoren nicht unabhängig justiert werden, also beispielsweise wenn sie sich auf einem gemeinsamen Chip befinden, muss eine Fokus¬ kompensation vorgenommen werden, wie beispielhaft in Fig.1 b für ein vierkanaliges System gezeigt. Den Austrittsflächen der einzelnen Spektral¬ kanäle aus dem Strahlteilersystem (in Fig.1 b nicht dargestellt) sind Aus- gleichsblöcke 8' unterschiedlicher Erstreckung h' und/oder unterschiedli¬ cher Brechkraft n' zugeordnet. Die Ausgleichsblöcke können an ihren Strahleintritts- oder Strahlaustrittsflächen wiederum mit geeigneten Filter¬ schichten F' versehen sein.
In Fig.2 ist eine Grundform eines erfindungsgemässen optischen Strahltei¬ lers 1 dargestellt. Ein Strahlenbündel SB tritt durch eine Eintrittsfläche E des Strahlteilers 1 hindurch, trifft auf eine wellenlängen-selektive Teiler¬ schicht 5, die an einem strahlteilenden Element 4, hier ein Prisma, vorgese¬ hen ist. Das Strahlenbündel wird damit in zwei Teilbündel 2 und 3 geteilt, wobei deren Wellenlängenbereiche durch die Transmissions- und Reflexi¬ onscharakteristik der Teilerschicht 5 festgelegt werden. Das an der Teiler¬ schicht 5 reflektierte Teilbündel 3 wird jedoch - im Gegensatz zu der in Fig.1 a dargestellten Anordnung - nicht-rechtwinklig an der Teilerschicht 5 reflektiert, da deren Lage in Bezug auf die Lage der Eintrittsfläche E und der Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels SB um einen Winkel ≠ 45° "ver- kippt" ist. Das reflektierte Teilbündel 3 wird danach an einer reflektiven Fläche 7 - wiederum nicht-rechtwinklig - reflektiert. Diese Fläche 7 ist an einem optischen Bauteil 6 angeordnet. Die Ausrichtung der Fläche 7 ist sol¬ cherart, dass die Richtung des reflektierten Teilbündels 3 im wesentlichen parallel zur Richtung des die Teilerschicht 5 passierenden, transmittierten Teilbündels 2 liegt.
Diese Anordnung ist insbesondere für parallele Sensoren sinnvoll, die nicht unabhängig voneinander justiert werden können, also beispielsweise, wenn sie sich auf einem gemeinsamen Chip, einer gemeinsamen Sensorfläche S befinden. Durch ein Paar nicht-rechtwinkliger Reflexionen kann der Fokus im reflektierten Zweig verlängert werden, so dass - verglichen mit einer bekannten Anordnung entsprechend Fig.1 a - ein weniger hoher Ausgleichs¬ block 8 erforderlich wird. Damit wird die Bauhöhe der gesamten Anordnung niedriger als jene entsprechend Fig.1 a und erlaubt daher die Verwendung eines breiteren Strahlenbündels, also einer lichtstärkeren Optik. Die Abbil¬ dung zeigt die zweikanalige Grundform, es sind aber auch, wie weiter un¬ ten gezeigt, die Kaskadierung oder die Verwendung eines schiefwinkligen Strahlteiler-„Würfels" möglich, um mehrere Spektral-Kanäle zu trennen.
Fig.3 zeigt anhand einer schematischen Darstellung - hier vereinfacht mit rechtwinkligen Reflexionen dargestellt, d.h. ohne den durch die nicht¬ rechtwinkligen Reflexionen erzielten Versatz zu zeigen - die relativen Inten¬ sitäten für die Teilbündel der jeweiligen Spektralkanäle an verschiedenen Punkten der Strahlwege zwischen dem Startpunkt A (Strahlenbündel SB), den Reflexionspunkten B und D auf den zwei Teilerschichten 5a und 5b bzw. den Reflexionspunkten C und E auf den zwei reflektiven Flächen 7a und 7b und den Endpunkten F und G. Die Anordnung des optischen Strahlteilers besteht aus zwei kaskadierten dichroitischen Strahlteilersystemen entsprechend Fig. 2, die jeweils einen Parallelversatz des Bildes für einen bestimmten Spektralbereich bewirken. Die reflektive Fläche 7b wirkt für das an der ersten Teilerschicht 5a gespie¬ gelte, erste reflektierte Teilbündel 3a dabei transmissiv, für das an der zweiten Teilerschicht 5b gespiegelte, zweite reflektierte Teilbündel 3b hingegen reflektiv. Die grundlegende Ausbildung ist in Fig.3 dargestellt. Es werden leicht erzielbare Werte (10% und 90%) für Reflexion „R" und Transmission „T" der Teilerschichten 5a und 5b sowie der refelktiven Flä¬ chen 7a und 7b für drei Spektralkanäle K1 bis K3 angenommen. Dabei werden die Teilerschichten und die reflektiven Flächen als verlustfrei und alle anderen Grenzflächen als reflexionsfrei angenommen.
Die folgende Tabelle zeigt die relativen Intensitäten der Spektralkanäle an verschiedenen Punkten der Strahlwege.
Figure imgf000009_0001
Das Bild des Spektralkanasl K2 erscheint damit in F, enthält aber noch Restanteile der Kanäle K1 und K3. In G erscheinen kongruente Bilder der Spektralkanäle K1 und K3, die unterschiedliche Pfade durch den Strahlteiler genommen haben. Sie sind bereits wesentlich ärmer an Lichtanteilen aus den anderen Spektralkanälen. Werden zusätzlich noch einzelne oder mehrere örtlich eng benachbarte schmalbandigere Filter für Teilbereiche der drei Grundkänale installiert, lässt sich die Kanaltrennung wesentlich verbessern. Mit einem Filter im Spektral¬ bereich K2, angeordnet vor F (als F' bezeichnet) und zweier örtlich eng be- nachbarter Filter, direkt vor G (als G' bzw. G" bezeichnet) sowie einer an¬ genommenen Transmission von 95% im Filterband sowie 1 % ausserhalb des Filterbands, ergeben sich damit die folgenden Werte.
Figure imgf000010_0001
Die mit den hier angenommenen Eigenschaften bereits sehr gute Kanaltren¬ nung lässt sich durch Steigerung der spektralen Qualität der Teilerschich¬ ten, der reflektiven Flächen und der Filterschichten weiter verbessern.
Die einfachste Anordnung, wie in den Figuren 4a und 4b gezeigt, nutzt le¬ diglich die Bilder in G' und G". Durch Verwendung unterschiedlicher Refle¬ xionswinkel und Lagen der Teilerschichten bzw. der reflektiven Flächen in den Strahlwegen, ist es möglich, sowohl Fokusdifferenzen zu kompensie¬ ren, als auch definierte seitliche Verschiebungen der Bilder zu erzeugen.
Wie in Fig. 5 gezeigt, lässt sich die Anordnung für weitere Kanäle kaskadie- ren. Dies ist hier für drei Fokus-kompensierte und leicht versetzte Kanäle Ka, Kb und Kc dargestellt. Zur Übersichtlichkeit ist jeweils nur der Haupt¬ strahl dargestellt. Die Kompensation der Fokuslage für die drei Kanäle Ka, Kb und Kc geschieht hier über die Wahl derer Weglänge. Dies ist über die Grosse der Reflexionswinkel, und damit die Grosse der Weglänge innerhalb des optischen Bauteils 6a, 6b und 6c möglich, und gegebenenfalls zusätz¬ lich über ein zwischen dem ersten und dem zweiten und/oder dem zweiten und dem dritten optischen Bauteil angeordnetes Kompensationselement 8a mit entsprechend gewählter Brechkraft.
Soll bei einer Anordnung entsprechend Fig.5 auch das Bild, das im geraden Durchgang entsteht, genutzt werden, ist der Fokus-Abstand zwischen dem geraden Weg und den abgelenkten Wegen vielfach unerwünscht. Hier lässt sich, wie in Fig.6 gezeigt, mit einem Ausgleichsblock 8, entsprechend der Darstellung zu Fig.2, Abhilfe schaffen. Filterschichten 1 1 können entspre¬ chend dem oben dargestellten in den Strahlwegen, insbesondere an den Austrittsflächen der einzelnen Spektralkanäle, angeordnet werden.
Für den Einsatz der oben beschriebenen Strahlteilersysteme ist zu beach¬ ten, dass kurzbrennweitige Kameras, die mit CCD-Einzelzeilen aufgebaut werden, grosse Stereowinkel zwischen den Einzelzeilen haben, die bei der Zusammenfügung von Farbbildern zu störenden Farbrändern führen. Integ¬ rierte CCD-Zeilengruppen bieten zwar deutlich kleinere Abstände, die resul¬ tierenden kleinen Stereowinkel können aber immer noch zu Problemen führen. Ein sehr geringer Abstand und damit ein hinreichend kleiner Ste¬ reowinkel kann bei Zeilenpaaren erzielt werden, da dort jeweils eine Seite für Speicherkondensatoren und Ausleseelektronik genutzt werden kann.
Für eine Kamera mit Paaren von Einzelzeilen, die eng benachbart sowohl ein panchromatisches Bild als auch ein vierkanaliges Farbbild liefern soll, bietet sich eine erweiterte Form der oben anhand der Fig.6 dargestellten Variante an. Hierbei wird der gerade Durchgang ohne Fokusausgleich mit streifen¬ förmigen Filtern für Rot und Grün benutzt. Rot und Grün haben damit einen sehr kleinen Stereowinkel, der sich aus dem inneren Abstand des Zeilen¬ paars ergibt. Die doppelt reflektierten Wege werden für Blau und Nah-Infra¬ rot benutzt, wobei die Geometrie so gewählt wird, dass ihre Fokuslage je- weils mit jener von Rot und Grün übereinstimmt und der scheinbare Ort jeweils mit der Mitte zwischen Rot und Grün zusammenfällt. Zusätzlich ist ein panchromatischer Kanal vorhanden, der lediglich in der Fokuslage korri¬ giert ist, dessen Bild also mit dem Abstand zwischen Zeilenpaaren und demzufolge einem Stereowinkel erscheint.
Die in Fig.7 dargestellte Einrichtung kann ganz allgemein für Systeme ein¬ gesetzt werden, in denen zwei Paare jeweils benachbarter Spektralkanäle benötigt werden. Dabei wird eine generelle Fokusablage zwischen den Paaren durch einen angepassten Kompensationsblock und eine Fokusablage innerhalb eines der Paare durch schiefwinklige Reflexion ausgeglichen. Zu¬ sätzlich wird ein weiterer Pfad ohne Kanaltrennung, aber mit ebenfalls aus¬ gleichbarer Fokuslage vorgesehen.
Es versteht sich, dass das System durch Hinzufügen weiterer Pfade mit und ohne Reflexion auf weitere Kanäle, ebenfalls mit Ausgleich der Fokuslagen, erweiterbar ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Optischer Strahlteiler (1 ) für abbildende Systeme zur Abbildung wenigstens zweier Teilbündel (2,3) unterschiedlicher Wellenlänge ei¬ nes Strahlenbündels (SB), mit
• wenigstens einem strahlteilenden Element (4), insbesondere ei¬ nem Prisma, mit einer wellenlängen-selektiven ersten Teiler¬ schicht (5) zur Teilung des Strahlenbündels in ein erstes transmittiertes Teilbündel (2, 2a) und wenigstens ein erstes re¬ flektiertes Teilbündel (3,3a),
• wenigstens einem optischen Bauteil (6) mit einer reflektiven Fläche (7) zur Reflexion des reflektierten Teilbündels (3, 3a) in die gleiche, im wesentlichen parallele, Richtung wie die des transmittierten Teilbündels (2,2a) und gegebenenfalls
• wenigstens einem Mittel zum Ausgleichen (8) wellenlängenab¬ hängiger, unterschiedlicher Fokuslagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilerschicht (5) und die reflektive Fläche (7) so angeordnet sind, dass die Reflexionen des reflektierten Teilbündels (3, 3a) an der Teilerschicht (5) und an der reflektiven Flä¬ che (7) des optischen Bauteils (6) nicht-rechtwinklig erfolgen.
2. Optischer Strahlteiler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die reflektive Fläche (7) reflektiv für die Wellenlänge des reflek- tierten Teilbündels (3,3a) und transmissiv wenigstens in einer, im wesentlichen parallelen, Richtung wie die Ausbreitungsrichtung des transmittierten Teilbündels (2,2a) ausgebildet ist.
3. Optischer Strahlteiler nach Anspruch 1 oder 2 mit wenigstens zwei strahlteilenden Elementen (4a, 4b) und wenigstens zwei optischen
Bauteilen (6a, 6b), welche jeweils in Reihe angeordnet sind, so dass
• das erste transmittierte Teilbündel (2a) an der wellenlängen-se¬ lektiven zweiten Teilerschicht (5b) des zweiten strahlteilenden Elements (4b) in ein zweites transmittiertes Teilbündel (2b) und ein zweites reflektiertes Teilbündel (3b) geteilt werden,
• das zweite reflektierte Teilbündel (3b) an der zweiten reflekti¬ ven Fläche (7b) des zweiten optischen Bauteils (6b) in die glei- che, im wesentlichen parallele, Richtung wie die des zweiten transmittierten Teilbündels (3b) reflektiert wird und
• das an der ersten reflektiven Fläche (7a) des ersten optischen Bauteils (6a) gespiegelte, erste reflektierte Teilbündel (3a) die zweite reflektive Fläche (7b) des zweiten optischen Bauteils
(6b) in einer, im wesentlichen parallelen, Richtung wie die Ausbreitungsrichtung des zweiten transmittierten Teilbündels (3b) durchtritt,
• wobei insbesondere die jeweiligen nicht-rechtwinkeligen Reflexionen für die wenigstens zwei reflektierten Teilbündel
(3a, 3b) unter unterschiedlichen Reflexionswinkeln erfolgen.
4. Optischer Strahlteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass dem strahlteilenden Element (4) und/oder dem optischen Bauteil (6) in Ausbreitungsrichtung des transmittierten
Teilbündels (2) und/oder des reflektierten Teilbündels (3) die Mittel zum Ausgleichen (8) nachgeordnet sind, die wellenlängenspezifisch unterschiedlich lange Weglängen für die einzelnen Teilbündel ausglei¬ chen.
5. Optischer Strahlteiler nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ausgleichen dem wenigstens zweiten optischen Bauteil (6b) zugeordnet sind, insbesondere als zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Bauteil (6a, 6b) an- geordnetes Kompensationselement (8a).
6. Optischer Strahlteiler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass spektrale Filter (1 1 ) vorgesehen sind zum örtli¬ chen Separieren des ersten reflektierten Teilbündels (3a) und des wenigstens einen zweiten reflektierten Teilbündels (3b).
7. Optischer Strahlteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass spektrale Filter (1 1 ) vorgesehen sind zum örtlichen Separieren des wenigstens einen reflektierten Teilbündels (3) und des wenigstens einen transmittierten Teilbündels (2) .
8. Optischer Strahlteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Teilerschicht (5) und gegebenenfalls wenigstens eine reflektive Fläche (7) als dichroitische Schicht ausgebildet ist/sind.
9. Abbildendes System zur Abbildung wenigstens zweier Teilbündel (2,3) unterschiedlicher Wellenlänge eines Strahlenbündels (SB) mit einem optischen Strahlteiler (1 ) nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, welches insbesondere digitale Bildaufnahmesensoren (10) aufweist, welche als
• mehrzeilige Sensoren, insbesondere mit den einzelnen Zeilen zugeordneten Filterstreifen, oder
• Zeilen- oder Flächen-Sensoren, insbesondere mit pixelweiser Farbfilterung, ausgebildet sind.
10. Abbildendes System nach Anspruch 9 zur Verwendung bei flugzeuggestützten photogrammetrischen Aufnahmen.
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